СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

Раздел: Строительство

Категории качества сушки

Нормативами по камерной сушке пиломатериалов [53] с учетом неодинаковых произволственных условий и технологии механической обработки древесины различного назначения установлены четыре категории качества сушки.

Категория 7— высококачественная сушка материала, соответствующая механической обработке деталей по 12-му квали- тету СТ 45—73 «Изделия из древесины и древесных материалов. Допуски и посадки», с полным сохранением при сушке его механических свойств. Такой материал не должен подвергаться температурному воздействию выше 60—70° С (60° С относится к толстым пиломатериалам). По этой качественной категории высушивают древесину для приборостроения, производства моделей, лыж, обозных деталей, музыкальных инструментов и др.

Категория II — повышенное качество сушки материала, соответствующее механической обработке деталей по 13-му ква- литету с сохранением при сушке механических свойств древесины (допускаемое снижение прочности на скалывание и ударный изгиб не более 5%)- Высушивается древесина при температуре до 75—85° С. Используют ее в столярном и мебельном производствах, пассажирском вагоностроении, автостроении, сельхозмашиностроении и т. д.

Категория III — среднее качество сушки, соответствующее механической обработке деталей по 15-1му квалите'ту, с допускаемым техническими условиями незначительным снижением прочности древесины. Применяют такую древесину в грузовом вагоностроении, строительстве (кроме изготовления окон, дверей и деревянных ферм), в производстве тары и др., когда не требуется взаимозаменяемости при сборке.

Категория 0 — сушка экспортных пиломатериалов и внутрисоюзного потребления до транспортной влажности 16—20%' (меньшая влажность — для тонких пиломатериалов).

Показатели качества сушки

Покоробленность и растрескивание материала — брак сушки. .

К признакам качества сушки относят: соответствие средней по сечению влажности высушенных пиломатериалов влажности, заданной техническими условиями на изготовление изделий; величину отклонения влажности древесины в штабеле (в различных его зонах) от средней влажности материала; величину перепада влажности древесины по толщине доски или заготовки; величину упругих деформаций в высушенном материале. Качество -сушки резко улучшается при конечной влаготеплообработке материала. Без конечной влаготеплообработки влажность материала в отстающей зоне по просыханию штабеля, подлежащего выгрузке из сушильного туннеля, должна быть на 2—3% ниже заданной техническими условиями на влажность древесины в изделиях.

При сушке по I и II категориям в камерах перепады влажности материалов контролируют из каждой выгружаемой партии, в сушильных туннелях — из каждого штабеля. При сушке по III категории перепад влажности контролируют в случаях, когда высушенный материал подвергается ребровой распиловке (правильнее такую распиловку проводить до сушки) и устанавливают количественно, как и по II категории. Число отбираемых проб из зоны с замедленной сушкой — не менее трех.

Методы контроля внутренних деформаций

Методом изогнутого наружного слоя контролируют опасность возникновения трещин в процессе сушки на наружной пласти доски (см.  134, г, д, е). В высушенном материале наружные трещины дополнительно' не возникают, но реальна опасность его последующего различного деформирования. Поэтому для установления показателей по  24 применяют методы, характеризующие состояние 1/3 (или V2) сечения материала, с отделением более толстого слоя. Эти методы были представлены на  67, 68 и 134. Подлежит выявлению перепад, т. е. максимальная разность внутренних деформаций, в наружной и внутренней зоне материала.

Величина упругих деформаций У не нормировалась. Между тем это необходимо. Производственный контроль касательных внутренних деформаций У и В рекомендуется проврдить двумя методами: по изгибу отделенного наружного (слоя, образующего стрелу прогиба) и по отклонению зубцов в вырезанной двузубой вилке на величину. Первый метод контроля следует применять при Сушке досок, а второй — при сушке брусковых сортиментов

Градиент упругой деформации поверхностной зоны Ус замеряют по методу отделения наружного слоя немедленно после его откалывания (236). Градиент влажностной деформации Вс замеряют разностью f2—f (237) после выравнивания влажности по толщине слоя. В результате приведения к условной длине слоя fn (239) можно количественно сопоставлять Вс и Ус для различных сортиментов в разных процессах сушки.

Для нахождения по градиенту влажностной деформации полного ее значения с учетом имеющейся толщины материала Т используют (165), написанное в виде At0=tga7'/4. Вместо tg а может быть принята пропорциональная ему величина /2—f, приведенная к^условной ширине (150 мм). Следовательно, перепад влажности по толщине материала (см.  24) находится в функциональной зависимости от f и Т. Аналогичными будут зависимости упругих деформаций У от f и Т [10].

Таким образом, вместо трудоемких измерений перепадов влажности в текущей работе по контролю качества сушки пиломатериалов можно пользоваться простым по технике измерения и достаточно достоверным методом измерения обеих внутренних деформаций У и В. Метод получил практическую проверку с положительными результатами.

77. УСЛОВНЫЙ МАТЕРИАЛ

Пиломатериалы как объект сушки очень разнообразны по древесной породе, сечениям, качественным требованиям к сушке, влажности, так же как различны и условия их высуши,ва- ния и т. д. Продолжительность сушки варьирует в пределах от нескольких часов до нескольких недель, поэтому необходима унификация и нормализация методов расчета и учета лесосу- шильного производства. Для этогр установлена неизменная нормативная учетная единица — условный материал.

Условным материалом считаются сосновые обрезные доски толщиной 50 мм, длиной более 1 м, шириной 150 мм, с начальной влажностью 60 и конечной 12%. В настоящее время в среднем (выпиливают более тонкий материал, начальная его влажность стала выше, а конечная ниже, сушильные камеры с естественной циркуляцией воздуха почти не применяются и т. д. Это требует уточнения учетной единицы.

Желательно принять в качестве базовой толщины условного материала средневзвешенную толщину досок внутрисоюзного потребления 35—40 мм. Материал толщиной 40 мм указан в ГОСТ 8486—66; этот размер находится на границе толстых досок, его следовало бы принять в качестве условного для нормативов.

В соответствии с исследованиями нормальной должна считаться скорость воздуха по высушиваемому материалу не менее 2 м/с, что достигается в новых камерах (взамен 1 м/с в прежних нормативах). При этом сократится продолжительность сушки материала.

Желательно также, чтобы в условном материале отношение начальной" влажности к конечной было единичным, т. е. логарифм отношения начальной влажности к конечной был равен 1,000. Этому условию отвечает отношение начальной влажности к конечной 10/1, т.е. wvfwK= 100/10=90/9=80/8=' = 75%/7,5% и т.д.

Однако будем считать условным материалом учетную нормативную едийицу. Этот материал, уложенный на прокладки толщиной 25 мм, должен просыхать применительно к требованиям II категории качества сушки в камерах с поперечной реверсивной циркуляцией воздуха 5 сут.

78. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

Исходные физические параметры, определяющие продолжительность сушки, пока не раскрыты. Не изучена миграция свободной влаги, составляющей в древесине более 3/4 удаляемой влаги. Неизвестно влияние внутренних деформаций во второй стадии процесса на допустимую скорость сушки. Нет надежных научно-технических сведений о скорости просыхания брусковых материалов с двухмерными потоками влаги в различных их соотношениях. Таким образом, должная научная база для теоретического расчета процесса сушки еще недостаточна, поэтому необходимо пользоваться для определения продолжительности сушки пиломатериалов лабораторными и производственными данными, накопленными как у нас, так и за рубежом на протяжении ряда десятилетий, мнопократно проверенными и соответственно математически обработанными.

Достаточно надежны нормативные расчетные коэффициенты, сведенные в таблицы. Коэффициенты постепенно уточняются. Возможна дополнительная их корректировка, особенно в связи с переходом на сушку пиломатериалов, в установках с высокими скоростями воздуха. Такого рода уточнения в своей основе логичны и полезны для производства.

Ниже приведены основные учитываемые факторы и соответствующие им коэффициенты А для расчета продолжительности сушки:

1. При наличии всех свойств,, составляющих характеристику условного материала, продолжительность сушки древесины разных пород:

Ель, пихта                 .          4,5/0,9

Сосна, кедр, осина, липа ....... ... .   5/1,0

Береза, ольха ....       7/1,4

Клен, бук, ясень, лиственница                               20/4,0

Дуб, граб                   30/6,0

Примечание. В числителе — продолжительность сушки в сутках, в знаменателе — коэффициент А.

2. Влияние толщины материала на продолжительность сушки учитывалось линейной ее зависимостью для тонкого материала и полуторной степенью для толстого. Это практически обосновано ранее в камерах с естественной циркуляцией, где для тонкого материала поступало недостаточное количество воздуха и тепла, поэтому процесс сушки задерживался (см.  83).

В большинстве действующих камер и сушильных туннелей циркуляция воздуха по материалу побудительная, поэтому нет необходимости в назначении для тонких материалов заниженных расчетных параметров по толщине. Целесообразно принять одинаковую закономерность продолжительности сушки как для толстых, так и для тонких пиломатериалов в среднем в полуторной степени от их толщины.

Квадратичная зависимость характерна только для последнего этапа сушки толстого материала с постоянной его влаго- проводностью, когда удаляется лишь связанная влага и закономерности влаго'проводности приближаются к закономерностям теплопроводности. Однако и в этом узком конечном диапазоне сушки квадратичная зависимость не учитывает развития в древесине внутренних деформаций, вынуждающих неожиданно, по ходу процесса, изменять его скорость. Поэтому для последнего этапа сушки показатель степени в соответствии с практикой должен быть принят в среднем 1,5.

3.         Влияние ширины Ш материала на пррдолжительность сушки ранее учитывалось многоступенчатыми коэффициентами. Практика показала нецелесообразность и даже ошибочность такого дробления и усложнения расчетов, поскольку доски разной ширины выпиливают одновременно, высушивают общим режимом и загружают вместе в камеры. При укладке без шпаций кромки затеняются смежными кромками досок, поэтому нельзя учитывать их поверхность как испаряющую. Достаточна разбивка на три группы: брусковые материалы, когда (Ш/Г)<2, юбычные доски 2<(Ш/Т)<5 и очень широкие (Ш/Т)>5, а также необрезные. Коэффициенты Аш продолжительности сушки приняты для них соответственно 0,8; 1,0 и 1,25.

4.         Влияние качества сушки на продолжительность процесса учитывают по качественным категориям I, И, III и 0 коэффициентами соответственно 1,2; 1,0; 0,9 и 0,8.

5.         Влияние циркуляции воздуха по материалу на продолжительность су*шки материала зависит от типа сушильной установки и учитывается следующими коэффициентами Лц:

а)         с естественной циркуляцией в камерах «Грум», Некар и др., а также очень слабой (до< 0,3 м/с) нереверсивной циркуляцией воздуха по материалу для очень тонкого материала мягких пород Лц=2,6, для тонкого материала (Г=22 ... 32 мм) 2,0, для толстого материала 1,5;

б)        со слабой побудительной реверсивной циркуляцией воздуха (около 0,5 м/с) в камерах с продольными валами, устаревших эжекционных и т. д. при потребляемой вентиляторами мощности менее 5 кВт на штабель для очень тонкого материала мягких пород 1,8, для тонкого (Г=22 ... 32 мм) 1,5, для толстого материала 1,3;

в)         со средней интенсивности реверсивной циркуляцией воздуха при скорости 1—2 м/с в камерах с поперечными валами, модернизированных эжекционных и т. д., при потребляемой вентиляторами мощности 5—8 кВт на штабель, а также в проти- воточных Туннелях (в том числе с зигзагообразной циркуляцией) для очень тонкого материала мягких пород 1,5, для тонкого 1,2, для толстого материала (в том числе с прерывистой циркуляцией) 1,0;

г)         с интенсивной циркуляцией (и>2 м/с) в новых камерах при потребляемой (вентиляторами мощности более 10 кВт на штабель для очень тонкого материала мягких пород 1,2, для тонкого 1,0, для толстого материала (в том числе с прерывистой циркуляцией) 0,9.

Т, мм

6.         Влияние начальной wH и заданной конечной wK влажности определяется логарифмической зависимостью [см. (180)]

и выражается соотношением Лв= 1,43lg (wHfwK), (242). Например, если ну„=60%, а шк= 12%, Лв= 1,43-0,70= 1,0.

Продолжительность сушки т (сут) равна произведению рассмотренных коэффициентов на продолжительность сушки условного материала (5 сут, или 120 ч). Для обычных досок

10 20 30 40 50 ВО Толщина досок, мм

В расчетную продолжительность сушки включается время на прогрев материала, конечное кондиционирование и предварительное охлаждение в камере; наибольшее влияние оказывает порода и толщина материала ( 137). Если в камере длительно (например, зимой) не выдерживаются нормальные температурные условия, продолжительность сушки учитывается обратно квадрату усредненной за процесс температуры.

Например, если при заданной режимной температуре t=70° С материал просыхает за т=144 ч, при пониженной температуре ^=60° С продолжительность сушки будет

„ Т1 =.- -J^jtl =г 144  4900/3600 = 196 ч.

При высушивании пиломатериалов низкотемпературными режимами расчетную продолжительность сушки удваивают, а форсированными — умножают на 0,8. При высушивании заготовок неправильной формы продолжительность сушки и производительность камер устанавливают по длительным практическим данным или опытным наблюдениям.

79. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СУШКИ ПО СУММЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ

Трудоемкие расчеты продолжительности сушки пиломатериалов путем перемножения коэффициентов можно упростить и сократить, если умножение коэффициентов заменить сложением их логарифмов, которые также считать коэффициентами. После выполнения необходимых предварительных расчетов можно составить  25, 26 и 27 для выборки и суммирования нужных цифр. При этом четыре коэффициента попарно объединяются в две таблицы. За ноль приняты минимальные значения учитываемых факторов.

В  28 приведена сумма С коэффициентов, выбранных из  25—27, по которой находится искомая продолжительность сушки. В  25—28 значения для условного матерйала выделены квадратами.

Для упрощения подсчетов в таблицы не включено влияние применения низкотемпературных (£<50° С) режимов сушки или сушки паровоздушной смесью (tM = 85—97°), в  28 соответственно добавляют 30 или вычитают 10 единиц; при этом метод пользования  25—27 сохраняется.